发布日期: 2025年04月02日
来源:MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT
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为了确保我们获得所需的卡路里和水分,大脑依靠一个复杂的细胞、信号和通路网络来指导我们何时吃、喝或停止。然而,关于大脑如何解读身体的需求并将其转化为行动,我们仍不得而知。马克斯普朗克生物智能研究所的研究人员与雷根斯堡大学和斯坦福大学合作,已经确定了杏仁核中特定的神经元群,杏仁核是大脑的情感和动机中心,在这一过程中起着关键作用。这些专门的“口渴”和“饥饿”神经元通过不同的电路运作,影响吃或喝的动力。这项在小鼠身上进行的研究揭示了杏仁核在调节我们的营养需求方面的作用,并可能为饮食失调和成瘾提供新的见解。
饥饿和口渴:研究人员已经发现杏仁核中的神经细胞通过不同的回路影响吃或喝的欲望。
专门型和通才型:这些神经细胞群中的一个专门调节饮酒的需要。另一组也负责口渴,但也在调节饥饿感方面发挥作用。
绘制交流路径:神经细胞与大脑处理食物和水的感觉信息的区域相连。
新的偏好:杏仁核中的神经细胞受到刺激后,以前不喜欢的味道变成了新的最喜欢的饮料。
杏仁核是一个经常与情绪和决策有关的大脑区域,在塑造我们的饮食欲望方面也起着关键作用。马克斯·普朗克生物智能研究所的Rüdiger Klein小组早些时候的研究表明,杏仁核中央核中的神经元将食物与感觉联系起来——将美味的食物与积极的情绪联系起来,将糟糕的食物与厌恶联系起来,并在恶心时抑制食欲。研究小组还证明,改变这些神经元的活动可以改变行为,促使小鼠即使在吃饱或感觉不舒服的时候也会吃东西。
在这些发现的基础上,这项新研究详细描述了杏仁核同一中心区域的不同神经元群,这些神经元群在复杂的分子线索网络的引导下,对口渴和饥饿做出特定反应。领导这项研究的Federica Fermani解释说:“这些神经元中有一组专门负责调节喝水的欲望,这是在杏仁核中发现的第一个‘口渴神经元’。当我们激活这些神经元时,小鼠喝得更多,当我们抑制它们的活动时,小鼠喝得更少。我们还在杏仁核的同一区域发现了另一组神经元,这些神经元驱动口渴,但也在调节饥饿方面发挥作用。这些发现强调了一些神经元如何表现出对特定行为的显著专业化,而另一些神经元在指导食物和饮料选择方面发挥着更普遍的作用。”
为了探索杏仁核中央核中的神经元如何调节饮水和饮食,研究人员使用先进的遗传工具来研究小鼠在饥饿、口渴以及已经饱足和水分充足时的大脑活动。一种称为光遗传学的方法允许研究小组使用光敏蛋白和精确调谐的激光来激活特定的神经元,以触发这些细胞。他们还使用了使神经元沉默的方法,观察它们的缺失如何影响小鼠的饮食倾向。通过将这种方法与新方法相结合,研究人员能够监测多个大脑区域的单个神经元,从而绘制出这些神经元接收信息的位置,并识别出它们与之交流的其他大脑区域。
绘制这些神经元用来与大脑其他区域交流的路径图,揭示了它们与处理有关食物和水的感觉信息的区域(如臂旁复合体)之间的联系。该研究还探讨了大脑在塑造行为时如何平衡其他因素,如味觉。例如,通过将一种不太喜欢的饮料味道与对中央杏仁核神经元的定向刺激配对,研究人员发现他们可以改变小鼠的选择,将以前不喜欢的味道变成新的最爱。由于小鼠和人类的杏仁核结构相似,研究人员表示,这些发现可以提高我们对情绪和动机如何影响我们自己的饮食习惯的理解。
马克斯·普朗克生物智能研究所所长Rüdiger Klein解释说:“像口渴和饥饿这样的基本驱动力确保我们在正确的时间吃喝,为我们的身体提供生存所需的水分和营养。但这些相同的神经回路也会导致暴饮暴食或饮食不足,这取决于它们在大脑中遇到的信号。通过揭示这些过程,我们可以更好地了解大脑如何在情感上评估食物和饮料,学会将它们与快乐或厌恶联系起来,以及神经发育如何塑造先天和后天行为。”
这项工作为新的问题打开了大门——比如大脑如何平衡食欲、口渴和情绪;我们如何知道我们吃得太少或喝得太多;如何同时管理相互竞争的需求;以及这些回路在肥胖、厌食症或酒精成瘾等情况下是如何受到影响的。
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